Stabilitás szeizmikus hatások mellett
A földrengések világszerte az építmények biztonságát fenyegető legnagyobb kihívások közé tartoznak. A modern földrengésbiztonsági szabványok bevezetése előtt épült meglévő épületek különösen veszélyeztetettek, mivel gyakran nem képesek ellenállni a szeizmikus terheléseknek. Ez sürgető kérdést vet fel: hogyan lehet ezeket az épületeket utólag megerősíteni földrengésállóságuk javítása érdekében? A fischer és az amerikai Purdue Egyetem teljes körű vizsgálatokat végzett vasbeton szerkezeteken. Ezek a vizsgálatok lehetővé tették új megközelítések kidolgozását a meglévő épületek utólagos szeizmikus megerősítésére.
A Föld egy dinamikus bolygó: forog a tengelye körül, kering a Nap körül, és felszíne alatt is folyamatos mozgásban van. Évente mintegy 500 000 földrengést regisztrálnak világszerte (forrás: US Geological Survey – USGS). A Csendes-óceáni Tűzgyűrű, a Himalája, a Földközi-tenger térsége, Közép-Amerika és a Karib-térség különösen veszélyeztetett a rendszeres tektonikus mozgások miatt. Ugyanakkor az emberi tevékenység – például a kőolaj- és földgázkitermelés, a hidraulikus rétegrepesztés (fracking), a geotermikus fúrások vagy a nagyméretű víztározók építése – szintén kiválthat szeizmikus aktivitást.
Földrengésveszélyes területeken történő építkezés során a statikus tervezőknek és mérnököknek nemcsak az épület teherbírását kell biztosítaniuk, hanem azt is garantálniuk kell, hogy a nem teherhordó szerkezeti elemek – például a csővezetékek, kábelek, álmennyezetek, kábeltálcák, légkondicionáló berendezések vagy homlokzatok – ne sérüljenek meg és ne omoljanak le. A szeizmikusan aktív területeken élők közül azonban sokan olyan meglévő épületekben laknak, amelyek még a korszerű földrengésbiztonsági szabványok bevezetése előtt épültek. Ezek az épületek gyakran nem képesek ellenállni a szeizmikus hatásoknak.
Teljes léptékű földrengésvizsgálatok
A rögzítéstechnikai specialista fischer és egyik partneregyeteme, a Purdue Egyetem ezért nagyszabású kutatási projektet indított. Egy innovatív megoldást – utólagosan beépített szeizmikus szerkezeti megerősítést – teljes méretű vasbeton szerkezeteken végzett átfogó vizsgálatokkal igazoltak.
A kutatók különös figyelmet fordítottak a gerenda-oszlop csomópontok viselkedésére. „A tartószerkezetek ezen csomópontjai különösen nagy feszültségeknek és jelentős erőhatásnak vannak kitéve a földrengés során kialakuló vízszintes földrengési teher, eltolóerő által.” – magyarázta Dr. Margaritis Tonidis, a Purdue Egyetem korábbi doktorandusza és a projekt vezető mérnöke. Ezek a csomópontok a tartószerkezet kritikus pontjait alkotják. Meghibásodásuk esetén az egész szerkezeti rendszer összeomolhat.
Új megerősítési megoldás gerenda-oszlop csomópontokhoz
Egy ragasztott dübelekből ,valamint ferde-merevítő elemekből álló rendszert sikeresen teszteltek utólagos beépítéshez gerenda-oszlop csomópontoknál, fischer injektáló habarcs és menetes szárak kombinációjával. A ragasztott rögzítési rendszer terhelés alatt alig deformálódik, megbízhatóan képes felvenni és átadni az erőket, ezáltal megvédve a csomópontokat szeizmikus igénybevétel esetén. Ez biztonságos és vezérelt teherbírási viselkedést eredményez, még földrengés esetén is. A megerősítési megoldás módosítja a gerenda és az oszlop közötti erőátadást. A csomóponti felületre ható terhek az utólagos szomszédos szerkezeti elemekre osztódnak szét. A meghatározott tönkremeneteli mechanizmusok megakadályozzák a teljes szerkezet összeomlását.
„Az injektáló ragasztó rendkívül megbízható ragasztott rögzítési megoldásnak bizonyult utólagos megerősítésekhez, még nagyon nagy szeizmikus igénybevétel esetén is és a vizsgálatok során úttörő eredmények elérését tette lehetővé” – hangsúlyozta Akanshu Sharma professzor, a Purdue Egyetem egyetemi docense és a Stuttgarti Egyetem Anyagtudományi Intézetének korábbi professzora. „Sikerült kimutatnunk, hogy a megerősített szerkezet szeizmikus terhelés alatt lényegesen jobb teljesítményt nyújt.” Az összehasonlító vizsgálat során a megerősítés nélküli szerkezeti rendszer jelentős károsodást szenvedett a gerenda-oszlop csomópontokban, míg a fischer rendszerrel megerősített szerkezet lényegesen jobb teljesítményt mutatott. „A fischer ragasztott rögzítési rendszere ráadásul az épület használata közben is beépíthető, komolyabb fennakadások nélkül” – tette hozzá Sharma professzor.
„A projekt kivételes és egyedülálló lehetőséget biztosított arra, hogy korábbi kutatásaink eredményeit és koncepcióit valós körülmények között értékeljük és teszteljük. A vizsgálatok ismét bebizonyították, hogy egy ilyen szeizmikus megerősítési megoldás sikere nagymértékben a rögzítés teljesítményétől függ. Ragasztott rögzítési rendszerünk mind szerkezeti szinten, mind a gerenda-oszlop csomópontokban kiemelkedő eredményeket ért el, nagy merevséget és csekély alakváltozást biztosítva még magas terhelési szinteken is.”– emelte ki Dr. Erik Johannes Stehle, a fischer FiXperience fejlesztési vezetője.
A nemzetközi kutatási együttműködések ösztönzik az innovációt
Dr. Erik Stehle hangsúlyozza: „Szükségünk van a nemzetközi kutatási együttműködésekre. Az egymással folytatott szakmai párbeszéd inspirációt, új ötleteket és lendületet ad az innovációhoz, miközben erősíti pozíciónkat globális innovátorként.” Sharma professzor eközben a tudományos közösség és a vállalatok közötti nemzetközi együttműködés jelentőségét emeli ki: „A Purdue Egyetemen büszkék vagyunk arra, hogy a fischer Cégcsoporttal már több úttörő kutatási projektet valósítottunk meg, köztük a világ első olyan szeizmikus vizsgálatát teljes léptékű szerkezeteken, ahol csomópontokhoz alkalmaztak utólagos megerősítési megoldást ferde-merevítő elemekkel.”
Ezt a sikeres tudományos validációt most a meglévő épületek gyakorlati alkalmazásánál hasznosítják. Az eredmények biztatóak: azt mutatják, hogy léteznek reális és megfizethető megoldások az idősebb épületek földrengésállóságának növelésére, amelyek földrengés esetén életeket menthetnek és hozzájárulhatnak az infrastruktúra védelméhez.
A vizsgálatnál a fischer FIS EM Plus 390 epoxy ragasztóanyagot alkalmazták.
A földrengéses zónákban történő biztonságos rögzítésekről további információ a fischer weboldalán, illetve a hírhez csatolt: Rögzítések szeizmikus terhelés alatt című fischer prospektusban található.
